Giáo trình An toàn điện - Chương 6: Bảo vệ chống sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp

Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
CHƯƠNG 6
BẢO VỆ CHỐNG SỰ XÂM NHẬP ĐIỆN ÁP CAO 
SANG ĐIỆN ÁP THẤP
6.1. Sự nguy hiểm khi có sự xâm nhập từ điện áp cao sang điện áp thấp
Khi cách điện của máy biến áp bị hư hỏng thì không những có thể xảy ra hiện 
tượng chạm vỏ mà còn có thể có sự xâm nhập từ điện áp phía cao (sơ cấp) sang phía 
thấp (thứ cấp). Lúc này phía thứ cấp có điện áp cao rất nguy hiểm không những cho 
người mà còn cho các thiết bị. Ta lần lượt xét các trường hợp sau:
 6.1.1. Mạng điện phía sơ cấp và thứ cấp đều có trung tính cách điện:
Giả sử máy biến áp có cấp biến đổi điện áp là 6000/380V và phía sơ và thứ 
cấp đều trung tính cách điện đối với đất. Cũng giả thiết rằng điện trở cách điện và 
điện dung của các pha trong mạng điện là như nhau thì:
V3460
3
6000UUU CBA ==== 
Khi có sự xâm nhập điện áp cao từ phía sơ cấp sang phía thứ cấp thì trung tính 
phía điện áp 380 sẽ nối điện với phía điện áp cao do đó nó cũng có điện áp bằng 
3460V. Nếu tổ nối dây của máy biến áp là Y/Y0 thi trung tính hạ áp sẽ có điện áp 
trùng với điện áp pha A của phía cao áp
Do vậy từ đồ thị vectơ ta có:
Điện áp pha a phía sơ cấp so với đất:
Uasc = 3460 + 220 = 3680 V
Điện áp pha b,c so với đất:
Ubsc = Ucsc = V3350220.a3460220.a3460 2 =+=+ 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
60
C
c
C
b
C
a U
C
U
B
U
A
U
O
U
as
c
U
bs
c
U
cs
c
Y
c
a
b
c
U
a
U
b
U
c
U
o
U
asc
U
csc
U
bsc
Hình 6.1: Xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp
a. Sơ đồ nguyên lý b. đồ thị vec tơ
a.
b.
TB2
 R
đ
Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
Như vậy khi có sự xâm nhập điện áp từ phía cao sang phía thấp thì điện áp các 
pha ở phía thứ cấp sẽ tăng lên rất cao. Vì cách điện của thiết bị điện và lưới điện phía 
hạ áp không được tính toán với giá trị điện áp cao (khi có sự xâm nhập điện áp) nên 
sự xâm nhập điện áp này rất nguy hiểm vì nó sẽ phá hỏng cách điện của các thiết bị 
điện hạ áp, kết quả là sẽ xuất hiện dòng chạm đất từ mạng hạ áp qua điện trở nốI đất 
của các thiết bị hạ áp (thường có trị số không quá 4Ω ) về nguồn cao áp, đây chính là 
dòng chạm đất trong mạng có trung tính cách điện có trị số không lớn (5÷30A). Lúc 
này điện áp trên vỏ thiết bị hạ áp sẽ là U=Iđ.Rđ vẫn có thể gây nguy hiểm cho người. 
(ví dụ nếu Iđ= 20A, Rđ=10 thì U=20.10=200V- nguy hiểm).
Tóm lạI khi có sự xâm nhập điện áp cao từ mạng sơ cấp (có trung tính cách 
điện) sang mạng thứ cấp (hạ áp- cũng có trung tính cách điện) thì sẽ nguy hiểm 
không những cho người mà cả cho các thiết bị điện hạ áp.
 6.1.2. Mạng điện sơ cấp có trung tính cách điện còn phia hạ áp có trung tính 
trực tiếp nối đất:
Lúc này nếu có sự xâm 
nhập điện áp cao sang điện áp 
thấp thì sẽ có sự chạm đất 
một pha của mạng cao áp và 
dòng điện này (dòng điện 
dung) có thể xác định theo 
công thức:
350
)ll.35.(UI dcd
+
= (A)
Trong đó: U: điện áp dây của mạng cao áp.
lc, ld: chiều dài của các mạng điện cáp và mạng đường dây trên không 
có sự liên hệ về điện với nhau (km).
Từ đồ thị vectơ ta có điện áp các dây pha so với đất sẽ bằng:
Pha a: Uasc = Id.Ro + 220 = U0 + 220
R0: điện trở nối đất của trung tính nguồn.
Giả sử R0 = 4Ω và Id = 30A:
Pha a: Uasc = 4.30 + 220 =340V
Pha b,c: Ubsc = Ucsc = V190220.a120220.a120 2 =+=+
Trong trường hợp này điện áp lớn nhất trên dây trung tính (cũng chính là điện 
áp trên vỏ các thiết bị điện hạ áp) cũng có thể có giá trị tương đối cao và bằng :
Uo = Id.Ro 
Với trị số dòng chạm đất trong mạng này (cao áp có trung tính cách điện) thường 
không lớn (khoảng 5-30A) thì nếu Ro lớn thì Uo có thể sẽ nguy hiểm cho người. Trị 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
61
a
b
c
0
R
0
U
a
U
b
U
c
U
o
U
asc
U
csc Ubsc
Hình 6.2
TBD
Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
số điện áp này phụ thuộc vào điện trở nối đất của trung tính R0, nếu R0 lớn thì điện áp 
sẽ lớn và ngược lại. Tuy nhiên với các thiết bị hạ áp, khi có xâm nhập điện áp cao 
sang thấp thì điện áp của các pha so với vỏ thiết bị (đã được nối với dây trung tính) 
vẫn không thay đổi và bằng điện áp pha nên không nguy hiểm cho thiết bị hạ áp.
6.2. Các biện pháp bảo vệ chống xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp:
 6.2.1. Mạng điện có trung tính cách điện phía sơ cấp (cao áp) và có trung tính 
trực tiếp nối đất phía hạ áp: 
Các biện pháp bảo vệ chính là:
- Chế tạo, sử dụng các MBA có chất lượng tốt, lúc cần thiết có thể phải sử 
dụng loại MBA có thêm màn che giữa cuộn sơ và thứ cấp.
- Chọn giá trị nối đất cuộn hạ áp của MBA R0 thích hợp.Qua phân tích trên ta 
thấy trong trường hợp này khi có sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp ta có thể 
giảm điện áp của các pha phía hạ áp so với đất bằng cách chọn giá trị điện trở nối đất 
trung tính R0 một cách thích hợp.
Quy phạm quy trình chọn R0 ≤ 4 Ω (vớI mạng 380/220 V) là thoã mãn 
- Thực hiện nối đất lặp lại dây trung tính nhiều lần.
Vì lúc này : 0
0
0 .
.
.. RI
RR
RR
IRIU d
l
l
dtdd <
+
==
Trong đó: - Rtđ: điện trở tương đương của các điện trở nối đất lặp lại .
 6.2.2. Mạng điện có trung tính cách điện phía sơ cấp (cao áp) và có trung 
tính cách điện phía hạ áp: 
Trong trường hợp này, ngoài các biện pháp bảo vệ như ở mạng có trung tính 
cách điện ở phía cao áp (mục 5.2.1 ở trên), thì cần phải tính toán, chỉnh định bảo vệ 
rơ le để có thể cắt nhanh lưới cao áp (phía sơ cấp MBA) khi có xâm nhập điện áp cao 
sang thấp. 
 6.2.3. Bảo vệ chống sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp khi điện áp 
cuộn sơ cấp bé hơn 1000V.
Trong 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
62
220/24V 220/24V
Hình 6.3. Cách nối máy biến áp có điện áp phía sơ cấp nhỏ hơn 1000V
a. Mạng điện có trung tính cách điện
b. Mạng điện có trung tính nối đất
a. b.
Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
các trường hợp khi điện áp cuộn sơ cấp bé hơn 1000V, để chống sự xâm nhập điện áp 
từ phía cuộn sơ cấp sang phía thứ cấp người ta phải nối đầu dây của cuộn thứ cấp với 
đất (trong mạng có trung tính cách điện) hoặc với dây trung tính (trong mạng có trung 
tính nối đất). 
Ngoài các biện pháp nối đất và nối dây trung tính như đã xét còn có thêm biện 
pháp nối đất phụ hoặc nối đất trung tính phụ tức là đặt thêm một cuộn chắn giữa cuộn 
sơ và cuộn thứ cấp của máy biến áp và cuộn phụ này lại được nối đất hoặc nối dây 
trung tính (phụ thuộc vào chế độ trung tính của mạng).
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
63